(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＯ2除去効率およびエネルギー効率が改善された、ＣＯ2分離除去装置およびＣＯ2分離除去方法を提供する。【解決手段】ＣＯ2を含むガスとアミン化合物からなるリーン液とを接触させてＣＯ2をリーン液に吸収させてセミリッチ液を得る上部充填層２ａ、ＣＯ2を含むガスとセミリッチ液とを接触させてＣＯ2をセミリッチ液に吸収させてリッチ液を得る下部充填層２ｂ、リッチ液からＣＯ2を追い出してリーン液を得る再生塔１３、下部充填層２ｂで得られたリッチ液と上部充填層２ａで得られたセミリッチ液との間で熱交換する熱交換器７、熱交換器７で熱交換されたリッチ液と再生塔１３で得られたリーン液との間で熱交換する熱交換器２２、熱交換器２２で熱交換されたリーン液を上部充填層２ａに供給するノズル６、および熱交換器２２で熱交換されたリッチ液を再生塔１３に供給するノズル１４を有する、ＣＯ2分離除去装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収塔、熱交換器（Ａ）、熱交換器（Ｂ）および再生塔を少なくとも備える装置であって、
吸収塔は、吸収塔内に上部充填層と下部充填層とを少なくとも備え、  且つ吸収塔上部よりアミン化合物を含んでなる吸収液が供給され、吸収塔下部よりＣＯ2を含むガスが供給され、上部充填層および下部充填層においてＣＯ2を含むガスと吸収液とを気液向流接触させて、ＣＯ2を吸収液に吸収させる機能を有し、
再生塔は、再生塔上部よりＣＯ2を吸収した吸収液が供給され、再生塔下部で吸収液が蒸発され、再生塔内でＣＯ2を吸収した吸収液と吸収液の蒸気とを気液向流接触させて、ＣＯ2を吸収した吸収液からＣＯ2を追い出す機能を有し、
熱交換器（Ａ）は、下部充填層の下から抜き出される吸収液と上部充填層及び下部充填層の間に在る吸収液との間で熱交換させる機能を有し、且つ
熱交換器(Ｂ)は、再生塔の下部から抜き出される吸収液と下部充填層の下から抜き出され且つ熱交換器（Ａ）で熱交換された吸収液との間で熱交換させる機能を有する、ＣＯ2分離除去装置。
【請求項２】
上部充填層及び下部充填層の間に在る吸収液は、吸収塔から抜き出されて熱交換器（Ａ）にて熱交換される、請求項１に記載のＣＯ2分離除去装置。
【請求項３】
ＣＯ2を含むガスとアミン化合物を含んでなるリーン液とを接触させてＣＯ2をリーン液に吸収させてセミリッチ液を得る工程(１)、
ＣＯ2を含むガスとセミリッチ液とを接触させてＣＯ2をセミリッチ液に吸収させてリッチ液を得る工程(２)、
リッチ液からＣＯ2を追い出してリーン液を得る工程(３)、
工程(２)で得られたリッチ液と工程(１)で得られたセミリッチ液との間で熱交換する工程(４)、
工程(４)で熱交換されたリッチ液と工程(３)で得られたリーン液との間で熱交換する工程(５)、
工程(５)で熱交換されたリーン液を工程(１)に供給する工程(６)、および
工程(５)で熱交換されたリッチ液を工程(３)に供給する工程(７)
を有する、ＣＯ2分離除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＯ2分離除去装置およびＣＯ2分離除去方法に関する。より詳細に、本発明はＣＯ2除去効率およびエネルギー効率が改善された、アミン化合物を含んでなる吸収液を用いたＣＯ2分離除去装置およびＣＯ2分離除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備やボイラ設備では、多量の石炭及び重油等の燃料を燃やすのでＣＯ2が多量に生成する。近年、大気汚染および地球温暖化の見地から、二酸化炭素（ＣＯ2）の大気への排出抑制策が世界的に検討されている。ＣＯ2の分離回収技術の一つとして、ＣＯ2をアミン化合物などの吸収液に吸収させる方法、すなわち化学吸収法が知られている（特許文献１）。この化学吸収法では多量の熱エネルギが必要である。化学吸収法は、燃焼により発生した熱エネルギのうち発電などの本来的目的に振り向けることのできる熱エネルギを消費し、発電効率を低下させる。化学吸収法を用いた装置においてはこの熱エネルギを有効に利用し発電効率の低下を抑制することが経済的な観点から重要である。
【０００３】
ＣＯ2がアミン化合物を含んでなる吸収液に吸収される際に熱が発生する。この熱は吸収液の温度を上げるので吸収液のＣＯ2吸収能を低下させる。そこで、特許文献２に記載の装置では、吸収塔１０１内に上部充填層１０２ａと下部充填層１０２ｂとを設け、上部充填層１０２ｂの最下部から吸収液を塔外に抜出し、吸収液を水などの冷媒１０５と熱交換して冷却し、次いで下部充填層１０２ｂの最上部に戻す方法が提案されている（図２参照、特許文献４）。また、吸収塔底部から抜き出されるＣＯ2を吸収したリッチ吸収液を、一度外部へ抜出し冷却し、次いでそれを吸収塔の途中に再度供給して、リッチ吸収液中のＣＯ2濃度を増加させる方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１８４８６６号公報
【特許文献２】ＥＰ１５５１５３２
【特許文献３】ＷＯ２００９／１０４７４４
【特許文献４】特開平１０−２０２０５３号公報
【特許文献５】ＷＯ１９９４／０１９０９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術によるＣＯ2分離除去装置およびＣＯ2分離除去方法は、吸収塔内のセミリッチ液を冷却しＣＯ2吸収を促進させる点において、有用なものである。しかしながら、冷媒として水を多量に使用する必要がある。
そこで、本発明の目的は、ＣＯ2除去効率およびエネルギー効率が改善された、アミン化合物を含んでなる吸収液を用いたＣＯ2分離除去装置およびＣＯ2分離除去方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記の目的を達成すべく検討した結果、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の形態を含むものである。
【０００７】
〔１〕吸収塔、熱交換器（Ａ）、熱交換器（Ｂ）および再生塔を少なくとも備える装置であって、  吸収塔は、吸収塔内に上部充填層と下部充填層とを少なくとも備え、  且つ吸収塔上部よりアミン化合物を含んでなる吸収液が供給され、吸収塔下部よりＣＯ2を含むガスが供給され、上部充填層および下部充填層においてＣＯ2を含むガスと吸収液とを気液向流接触させて、ＣＯ2を吸収液に吸収させる機能を有し、  再生塔は、再生塔上部よりＣＯ2を吸収した吸収液が供給され、再生塔下部で吸収液が蒸発され、再生塔内でＣＯ2を吸収した吸収液と吸収液の蒸気とを気液向流接触させて、ＣＯ2を吸収した吸収液からＣＯ2を追い出す機能を有し、  熱交換器（Ａ）は、下部充填層の下から抜き出される吸収液と上部充填層及び下部充填層の間に在る吸収液との間で熱交換させる機能を有し、且つ  熱交換器(Ｂ)は、再生塔の下部から抜き出される吸収液と下部充填層の下から抜き出され且つ熱交換器（Ａ）で熱交換された吸収液との間で熱交換させる機能を有する、ＣＯ2分離除去装置。
〔２〕上部充填層及び下部充填層の間に在る吸収液は、吸収塔から抜き出されて熱交換器（Ａ）にて熱交換される、〔１〕に記載のＣＯ2分離除去装置。
【０００８】
〔３〕ＣＯ2を含むガスとアミン化合物を含んでなるリーン液とを接触させてＣＯ2をリーン液に吸収させてセミリッチ液を得る工程(１)、  ＣＯ2を含むガスとセミリッチ液とを接触させてＣＯ2をセミリッチ液に吸収させてリッチ液を得る工程(２)、  リッチ液からＣＯ2を追い出してリーン液を得る工程(３)、  工程(２)で得られたリッチ液と工程(１)で得られたセミリッチ液との間で熱交換する工程(４)、  工程(４)で熱交換されたリッチ液と工程(３)で得られたリーン液との間で熱交換する工程(５)、  工程(５)で熱交換されたリーン液を工程(１)に供給する工程(６)、および  工程(５)で熱交換されたリッチ液を工程(３)に供給する工程(７)を有する、ＣＯ2分離除去方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＣＯ2分離除去装置またはＣＯ2分離除去方法によれば、ＣＯ2を吸収したセミリッチ液の温度上昇を抑えてＣＯ2吸収能を高く維持することができ、一方で再生塔に供給するＣＯ2を吸収したリッチ液の温度を高めて再生塔でのＣＯ2放出速度を促進することができる。これらのことにより、ＣＯ2除去効率およびエネルギー効率が総合的に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のＣＯ2分離除去装置を示す図である。
【図２】従来形態のＣＯ2分離除去装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るＣＯ2分離除去装置を説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるわけではなく、本発明の課題または主旨に反しない範囲で変更、追加または省略した形態も包含する。
【００１２】
ＣＯ2分離除去装置は、吸収塔１、熱交換器７、熱交換器２２および再生塔１３を少なくとも備えるものである。
吸収塔１は、吸収塔内に上部充填層２ａと下部充填層２ｂとを少なくとも備える。吸収塔上部よりアミン化合物を含んでなる吸収液がノズル６を通して供給される。なお、後述する再生塔底部から抜き出され吸収塔上部に供給される吸収液のことをリーン液と呼ぶことがある。
【００１３】
吸収液に含まれるアミン化合物としては、モノエタノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールのようなアルコール性水酸基含有１級アミン類、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノールのようなアルコール性水酸基含有２級アミン類、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミンのようなアルコール性水酸基含有３級アミン類、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミンのようなポリエチレンポリアミン類、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類のような環状アミン類、キシリレンジアミンのようなポリアミン類、メチルアミノカルボン酸のようなアミノ酸類等及びこれらの混合物が挙げられる。また、吸収液には二酸化炭素吸収促進剤或いは腐食防止剤、更には、その他の媒体としてメタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等が含まれていてもよい。
【００１４】
吸収塔下部よりＣＯ2を含むガス１１がブロワ１２で供給される。ＣＯ2を含むガスとしてはボイラ等での燃焼によって排出されるガスが挙げられる。脱炭酸処理の対象となる二酸化炭素含有ガスの圧力は加圧であっても、常圧であってもよく、特に制限はない。好ましくは、常圧の燃焼排ガスである。
上部充填層２ａおよび下部充填層２ｂでＣＯ2を含むガスと吸収液とが気液向流接触し、ＣＯ2が吸収液に吸収される。上部充填層においてＣＯ2を吸収した吸収液をセミリッチ液と呼び、下部充填層においてＣＯ2を吸収した吸収液をリッチ液と呼ぶ。ＣＯ2が吸収除去されたガス８は吸収塔の頂部から排出される。ＣＯ2を吸収したリッチ液は吸収塔の底部からライン１０を通して抜き出される。
【００１５】
ＣＯ2が吸収液に吸収される際に熱が発生するので、上部充填層と下部充填層との間にあるセミリッチ液の温度は、ノズル６から供給された時のリーン液の温度よりも高くなっている。吸収塔内での液温の上昇は、被処理ガス１１に含まれるＣＯ2濃度にも依るが、最大で４０℃程度である。セミリッチ液のＣＯ2吸収能はリーン液のＣＯ2吸収能に比べて低いので、下部充填層におけるＣＯ2吸収による発熱量は減る。それに加えて被処理ガス１１が下部充填層２ｂに供給されることによって下部充填層は冷やされる。その結果、リッチ液の液温は最高液温から１０〜３０℃低下する。
【００１６】
図１に示す本発明の一実施形態に係るＣＯ2分離除去装置では、上部充填層と下部充填層との間にセミリッチ液コレクタ２５を設け、吸収塔から配管４を通してセミリッチ液を抜き出すことができる。当該セミリッチ液と吸収塔の底部から抜き出されたリッチ液とを熱交換器７で熱交換させる。リッチ液の液温はセミリッチ液の液温に比べて低いのでセミリッチ液は冷やされ、リッチ液は温められる。このようにすることによって、図２に示す従来形態の装置において問題となっていた大量の水が不要となる。熱交換器７においては、スパイラル式熱交換器，プレート式熱交換器，多管円筒式熱交換器など、既存の熱交換器を用いることができる。
【００１７】
熱交換器７で温められたリッチ液は、再生塔１３の底部から抜き出されたリーン液との間で、熱交換器２２において熱交換される。再生塔底部から抜き出されたリーン液は高い温度を有しているので、熱交換器２２においてリッチ液はさらに熱せられ、リーン液は冷やされる。冷やされたリーン液は、さらに熱交換器２４によって冷やされ、吸収塔の上部のノズル６に供給される。熱交換器２２で熱せられたリッチ液は再生塔の上部のノズル１４から再生塔に供給される。再生塔の底部にはリボイラ２３が設置されている。リボイラ２３によって再生塔底部に溜まった吸収液（リーン液）が水蒸気で加熱され蒸発する。リーン液の蒸気は再生塔の頂部の方へ向かい、ノズル１４から供給されたリッチ液と向流接触する。これによってリッチ液からＣＯ2が追い出される。追い出されたＣＯ2ガス９は再生塔の頂部から排出される。ノズル１４から供給されるリッチ液は熱交換器７および熱交換器２２によって熱せられているので、再生塔１３に供給しなければならない熱エネルギ、図１に示す装置ではリボイラ２３に供給する水蒸気の量を減らすことができる。リボイラに供給する水蒸気は発電のために使用する水蒸気の一部を利用しているので、その量が減ることは発電効率の向上に大きく寄与する。なお、再生塔に熱エネルギを供給する手段はリボイラに限定されず、他の加熱手段を用いることができる。
【実施例１】
【００１８】
ＣＯ2を１０％含む燃焼排ガス３０Ｎｍ3／ｈを高さ１５００ｍｍの規則充填材を充填した吸収塔の二酸化炭素吸収部に供給し、モノエタノールアミンを３０重量％含む４０℃の水溶液（吸収液）７５Ｌ／ｈと向流接触させ、二酸化炭素を吸収させた。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部から排出した。図１に示すように、吸収塔充填層の中間部分からセミリッチの吸収液をコレクタに受けて抜出し、吸収塔底部に落ちたリッチ液と熱交換して再び分散器を通して吸収塔に戻した。熱交換器にはプレート型熱交換器（伝熱面積１．５ｍ2）を用いた。セミリッチ液と熱交換したリッチ液は、再生塔からのリーン液と熱交換した後、再生塔へ供給した。再生塔に供給された吸収液は、図１に示すようにリボイラの加熱によってＣＯ2を放出させ、リーン液を得た。再生塔から出たリーン液は、該リッチ液と熱交換した後、熱交換器２４で液温を４０℃に調整して、再び吸収塔に供給した。定常状態に達したときに、コレクタ上のセミリッチ液の液温は７５℃、吸収塔出口のリッチ液の液温は５１℃、再生塔入口のリッチ液の液温は１０３℃であった。
【符号の説明】
【００１９】
１，１０１・・吸収塔、  ２ａ，１０２ａ・・上部充填層、
２ｂ，１０２ｂ・・下部充填層、  ３，１０３・・燃焼排ガス供給部、
４，１０４・・配管、  １０５・・冷媒（水）、  ６，１０６・・ノズル、
７，１０７・・熱交換器（Ａ）、  ８，１０８・・処理ガス、
９，１０９・・ＣＯ2ガス、  １０，１１０・・抜出ライン、
１１，１１１・・被処理ガス、  １２，１１２・・ブロワ、
１３，１１３・・再生塔、  １４，１１４…ノズル、  １５，１１５・・充填層、
２２，１２２・・熱交換器（Ｂ）、  ２３，１２３・・リボイラ、
２４，１２４・・熱交換器、  ２５，１２５・・コレクタ
【図１】
2013240743.tif 000003
【図２】
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